Question

H₂是一种重要的清洁能源。

（1）已知：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)    ΔH₂=-49.0kJ•mol^-1

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)    ΔH₃=-41.1kJ•mol^-1

H₂还原 CO反应合成甲醇的热化学方程式为：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  ΔH₁，则ΔH₁＝___kJ•mol^-1，该反应自发进行的条件为___

A．高温    B．低温    C．任何温度条件下

（2）恒温恒压下，在容积可变的密闭容器中加入 1molCO和2.2mol H₂，发生反应CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，实验测得平衡时CO的转化率随温度、压强的变化如图所示。则P₁__P₂，判断的理由是_____。

（3）若反应 CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)在温度不变且体积恒定为1的密闭容器中发生，反应过程中各物质的物质的量随时间变化如表所示：

时间/min	0	5	10	15
H2	4		2
CO	2			1
CH3OH(g)	0	0.7

①下列各项能作为判断该反应达到平衡标志的是____(填字母)；

A．容器内压强保持不变      B．2v_正(H₂)=v_逆(CH₃OH)

C．混合气体的相对分子质量保持不变    D．混合气体的密度保持不变

②若起始压强为P₀ kPa，则在该温度下反应的平衡常数Kp=___(kPa)^-2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

③反应速率若用单位时间内分压的变化表示，则10min内H₂的反应速率v(H₂)=___kPa•min^-1。

Answer

-90.1 B > 正反应为气体分子数减小的反应，加压平衡右移，CO的转化率增大，由图知相同温度时P1下CO的转化率大于P2 AC 9/p02 P0/30

【解析】

（1）根据盖斯定律由已知：①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0kJ•mol-1；②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1kJ•mol-1，①+②得：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=(-49.0kJ∙mol-1)+( -41.1kJ∙mol-1)= -90.1 kJ∙mol-1,所以此反应为放热反应，该反应低温的条件能自发进行，故B正确；答案： -90.1； B；

（2）反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 的正反应是气体体积减小的反应，在其它条件不变时，增大压强，化学平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，根据图示可知的CO转化率P1>P2，所以压强：P1>P2。答案：>;正反应为气体分子数减小的反应，加压平衡右移，CO的转化率增大，由图知相同温度时P1下CO的转化率大于P2 ；

（3）①A．因为反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是两边计量数不等的反应，在温度不变且体积恒定为1的密闭容器中，若容器内压强保持不变 ，说明反应达到平衡了，故A能为判断该反应达到平衡标志，故A正确；

B．当v正(H2)=2v逆(CH3OH) 时，才能证明反应达到平衡状态了，所以B不能为判断该反应达到平衡标志，故B错误；

C．混合气体的相对分子质量数值上等于平均摩尔质量，就等于总质量除以总物质的量，因为各物质都是气体，所以总质量不变，化学反应两边计量数不等，所以当平均摩尔质量保持不变，说明反应达到了平衡状态，故C正确；

D．混合气体的密度ρ=m/V,因为m和V保持不变，所以ρ不变，因此密度不变，不能为判断该反应达到平衡标志，故D错误；

所以本题答案：AC。

根据反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)及表中的数据可知10min时，达到平衡，其各物质的量为别为：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

初始量 2 4 0

变化量 1 2 1

平衡量 1 2 1

根据阿伏伽德罗定律：若起始压强为P0 kPa，则平衡压强为2/3P0，所以平衡常数Kp== (2/3P0×1/4)/[2/3P0×1/4×(2/3P0×1/2)2]= 9/p02,答案：9/p02。

③根据图表可知氢气初始压强为2/3P0，10min内平衡压强为1/3P0，则H2的反应速率v(H2)= 1/3P0÷10min =1/30 P0kPa•min-1,所以本题答案：P0/30。